Furiini

Ubiikit konvertaasit Furiini, PC7 ja SKI-1/S1P

Furiini, joka on ubiikki kalvoproteiini, tuotetaan alun perin ∼104-kDa:n esiasteena ja muunnetaan nopeasti aktiiviseksi ∼98-kDa:n muodoksi. Tämä ER:ssä tapahtuva autokatalyyttinen pilkkoutuminen on edellytys kypsien furiinimolekyylien poistumiselle ER:stä TGN:ään ja solun pinnalle. Furiinilla ja PC5/6 näyttää olevan osittaista redundanssia useiden substraattien in vitro -selektiivisyydessään ja herkkyydessään tietyille modifioiduille serpiini-inhibiittoreille, kuten α1-PDX:lle tai niiden prosegmenteille (kuva 6). Furiinin kaltaisten konvertaasien käsittelemien konstitutiivisesti erittyvien proteiinien erilaiset tyypit on esitetty taulukossa 1. Keskushermostossa furiini vastaa useiden kasvutekijöiden, kuten neurotrofiinien pro-hermokasvutekijä (NGF) ja aivoista peräisin oleva neurotrofinen tekijä (BDNF), sekä hermosolujen adheesio- ja kiintoproteiinien, kuten L1-CAM:n ja semaforiinien, prosessoinnista.

Furiinigeenin (Fur) inaktivointi hiirissä on tappava, ja kuolema tapahtuu alkion 10,5-11. päivänä (E10,5-E11) hemodynaamisen vajaatoiminnan ja sydämen ventraalisen sulkeutumisvian vuoksi. Mutaatioalkioille ei kehittynyt suuria verisuonia endoteelisolujen esiasteista huolimatta. Transformoivan kasvutekijän β1:n on osoitettu olevan furiinin tehokkaasti prosessoima, ja sen geenin inaktivointi tuottaa samanlaisen fenotyypin kuin furiinin nolla-alkioilla. Ehdollinen tyrmäys maksassa, jossa eksoni 2:n poisto riippuu Mx1-cre-transgeenin Cre-ekspressiosta, johti elinkelpoisiin Furflox/flox Tg(Mx1-cre) -hiiriin, joilla ei ollut juuri lainkaan fenotyyppiä. Tämä osoitti jonkin verran redundanssia muiden PC:iden kanssa, koska jotkin tyypilliset furiinisubstraatit pilkkoutuivat vähäisemmässä määrin.

Erotteluna muista PC-nolla-hiiristä PC7-nolla-hiirten alkioilla tehdyissä useissa tutkimuksissa ei havaittu mitään ilmeistä epänormaalia fenotyyppiä lepo-olosuhteissa. Tämä saattaa selittyä sillä, että PC7:n ilmentyminen on laajalti päällekkäistä furiinin ilmentymisen kanssa. Monet raportit osoittavat, että PC7 ja furiini käsittelevät samoja substraatteja, kuten PDGF-AA:ta, PDGF-BB:tä, verisuonten endoteelin kasvutekijä C:tä ja luun morfogeenistä proteiinia. Vaihtoehtoisesti kaikkein konservoitunein konvertaasi PC7 voi olla mukana käsittelemässä useita muita kuin välttämättömiä substraatteja. PC7 KO:n huolellinen analyysi hiirissä paljasti kuitenkin käyttäytymispoikkeavuuksia, jotka liittyvät ylimääräiseen dopamiiniin ja proBDNF:n osittaiseen menetykseen proBDNF:n aktivoitumisessa BDNF:ksi amygdalassa ja hippokampuksessa. Näihin kuului ahdistuneisuuden ja emotionaalisen muistin menetys, mikä tukee PC7:n in vivo -roolia tietynlaisen kognitiivisen suorituskyvyn säätelyssä osittain pro-BDNF-prosessoinnin kautta. Ihmisten GWAS- ja biokemialliset tutkimukset osoittivat, että PC7 on membraaniin sitoutuneen transferriinireseptorin irrottaja liukoiseen kiertävään muotoon, mikä korostaa PC7:n roolia rauta-aineenvaihdunnassa.

SKI-1/S1P on rasva-aineenvaihdunnan ja kolesterolihomeostaasin säätelyssä keskeinen entsyymi, joka pilkkoo transkriptiotekijöitä sterolia sääteleviä elementtejä sitovia valkuaisaineita (Sterol Regulatory Element Binding Proteins, SREBP-1 ja SREBP-2). Jälkimmäiset syntetisoituvat esiasteina, joissa on kaksi transmembraanidomeenia, jotka on erotettu toisistaan lyhyellä ER-luminaalisella silmukalla ja jotka sisältävät N- ja C-terminaalisia sytosolisia domeeneja. Nämä esiasteet pilkkoutuvat SREBP:n pilkkoutumista aktivoivan proteiinin (SCAP) ja insuliinin indusoiman geenin (Insig) vaikutuksesta. Kun solujen kolesterolitasot ovat korkeat, insuliinin säätelemät proteiinit Insig-1 ja/tai Insig-2 sitoutuvat ja pitävät SCAP-SREBP-kompleksin ER:ssä. Kun soluilta viedään sterolit, Insigit irtoavat, jolloin SREBP-SCAP-kompleksi pääsee siirtymään Golgin laitteeseen. Siellä käynnistyy kaksivaiheinen proteolyyttinen prosessi, joka alkaa SKI-1/S1P:stä sekvenssin R-X-V-L↓ kohdalla (Kuva. 2) ja sen jälkeen site 2 -proteaasi (S2P) vapauttaa SREBP:ien sytosolista N-terminaaliset segmentit solukalvoilta, mikä mahdollistaa niiden translokaation ytimeen (nSREBP), jossa ne aktivoivat yli 35 mRNA:n transkriptiota, jotka koodaavat proteiineja/entsyymejä, jotka ovat välttämättömiä kolesterolin ja tyydyttymättömien rasvahappojen biosynteesissä ja imeytymisessä, sekä matalan tiheyden lipoproteiinireseptoria (LDLR).

SREBP:ien tavoin ER-ankkuroituneella, kalvoon sitoutuneella tyypin II transkriptiotekijällä ATF6:lla on merkittävä rooli taittumattomien proteiinien vasteessa. Normaaleissa olosuhteissa sitä pitää ER:ssä chaperoni BIP, jonka N-terminaalinen DNA:ta sitova domeeni on sytosoliin päin ja COOH-terminaali ER:n luumenissa. Väärin taitettujen proteiinien kertyminen ER:ään, joka voidaan indusoida kalsiumin vähennyksellä (tapsigargin) tai N-glykosylaation estämisellä (tunikamysiini), johtaa ER:n stressivasteeseen, joka johtaa BIP:n dissosioitumiseen proATF6:sta. Jälkimmäinen translokoituu sitten SCAP:sta riippumattomalla tavalla Golgiin, jossa SKI-1 ja S2P pilkkovat sen ensin. Tämä vapauttaa sytosolisen N-terminaalisen domeenin, joka pääsee tumaan (nATF6) aktivoimaan ER-stressin kohdegeenejä.

Muihin tyypin II kalvoon sitoutuneisiin substraatteihin kuuluu ainakin kuusi CREB:n kaltaista basic leucine zipper -transkriptiotekijää. SKI-1/S1P SKI-1/S1P:llä on myös kriittinen tehtävä lysosomien biogeneesissä, sillä se kykenee aktivoimaan GlcNAc-1-fosfotransferaasin α/β-alayksikön esiasteen, kompleksin, joka on kriittinen monien hydrolaasien lajittumiselle lysosomeihin. BDNF on liukoinen substraatti, ja sen prosessoinnin tutkiminen johti SKI-1:n ensimmäiseen kloonaukseen. Osoitimme myös, että SKI-1 pilkkoo liukoisen pro-somatostatiinin vapauttaen N-terminaalisen peptidiantriinin.

SKI-1/S1P:n olennaiset roolit käyvät ilmi siitä, että sen geenin deleetio johtaa alkion kuolemaan solunjakautumisen varhaisimmissa vaiheissa (eli yhdestä kahteen soluun -vaiheessa), mikä estää blastokystan muodostumisen. Käyttämällä kudosspesifisiä knockout-hiiriä maksassa verenkierrossa olevan kokonaiskolesterolin määrä väheni 50 prosenttia, mikä korostaa sen kriittistä kontrollia kolesterolin synteesissä ja imeytymisessä. SKI-1/S1P:n ilmentymisen vaimentaminen erityisesti kondrosyyteissä (3.6 Col1-Cre) johti alaraajojen vakavaan halvaantumiseen, kiharaan lyhentyneeseen häntään ja ylimääräisiin lannenikamiin. Sitä vastoin luun ja lihaksen välinen ristikkäistoiminta paljastui, kun SKI-1/S1P vaiennettiin osteosyyteissä, sillä tämä johti soleus-lihaksen regeneraation stimuloimiseen ja koon ja supistuvan lihasvoiman lisääntymiseen iän myötä. Tämän entsyymin kriittinen merkitys keskushermostossa kävi ilmi, kun tutkittiin SKI-1/S1P:n ja furiinin suorittamaa hylkivän ohjausmolekyylin (RGMa) prosessointia, mikä paljasti niiden osallisuuden aksonikasvuun ja sen, että RGMa:n pilkkominen on olennaista neogeniinivälitteisen uloskasvun estämisen kannalta. SKI-1/S1P-geenin (MBTPS1) ei ole todettu olevan polymorfinen, eikä toistaiseksi ole löydetty yhtään yksittäistä nukleotidipolymorfista variaatiota, joka voisi geneettisesti liittyä johonkin tunnettuun patologiaan, mikä todennäköisesti korostaa tarvetta eliminoida yli 80 % geenin aktiivisuudesta, ennen kuin fenotyyppiä havaitaan, ja sen täydelliseen toimintakyvyttömyyteen liittyvää letaliteettia.